CN111872257B - 一种两端直法兰长管件制造方法 - Google Patents

一种两端直法兰长管件制造方法 Download PDF

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Abstract

为了克服现有技术不足，本发明提供一种材料利用率高、生产效率高、产品质量好的两端直法兰长管件制造方法，它包括以下步骤：S1、采用内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合技术实现管坯外法兰端内圆角成形；S2、采用平面旋轧渐进成形技术实现外法兰的整体预成形；S3、采用平面外拉碾平技术实现外法兰的精确成形；S4、采用外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术实现管坯内法兰端外圆角成形；S5、采用平面旋轧渐进成形技术实现内法兰的整体预成形；S6、采用平面内拉碾平技术实现内法兰的精确成形；S7、采用强力旋压技术实现长管件直段的成形。整个制造过程操作简单，无需辅助加热、机加等工作，数字化程度高，产品精度高、一致性好，劳动强度低，绿色节材，优质高效。

Description

一种两端直法兰长管件制造方法
技术领域
本发明属于精确塑性加工技术领域，具体涉及一种两端直法兰长管件制造方法。
背景技术
长管件作为一种典型零件，在航空航天、兵器、核工业及管道等军工及民用领域应用广泛。基于连接、装配的需要，长管件端头多带有法兰结构。近年来，两端法兰结构长管件的需求与日俱增，尤其是两端直法兰长管件的需求迫切。
针对该类零件的加工制造，目前较为传统的做法是采用整体机加、焊接及整体镦挤的方式，主要存在以下不足：1)整体机加过程中，大量材料被去除，材料利用率低，加工周期长；2)对于薄壁长管件，整体机加难度较大，产品精度不易保证；3)整体机加过程中，材料纤维流线被切断，抗疲劳冲击性能较弱；4)焊接获得的零件外观不美观，存在长期使用可靠性等问题，往往需要增加表面处理等工作，也不利于环境保护；5)整体镦挤过程，加热需耗费大量能源，未镦挤区存在晶粒粗大风险，同时，为避免镦挤过程筒段失稳，所使用管材壁厚较厚，材料利用率不高。此外，对于长管件整体镦挤，其所需模具太长、设备较大，制造成本较高。
当前亟需发展一种可高效地制造出优质的两端直法兰长管件的加工方法。
发明内容
基于以上问题，为了克服现有技术不足，本发明提供一种材料利用率高、生产效率高、产品质量好的两端直法兰长管件制造方法，包括以下步骤：
步骤1、采用内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合技术，加工外法兰端内圆角：将管坯套装于与设备主轴连接的外法兰成形模具套内，并伸出一定的长度，驱动主轴以转速S转动，并带动外法兰成形模具套及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯内侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现对管坯的内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合成形，完成外法兰内圆角成形；
步骤2、采用平面旋轧渐进成形技术，进行外法兰的整体预成形：驱动主轴以转速S转动，并带动外法兰成形模具套及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯内侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现外法兰平面的旋轧渐进成形，完成外法兰整体预成形；
步骤3、采用平面外拉碾平技术，完成外法兰的精确成形：驱动主轴以转速S转动，并带动外法兰成形模具套及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯外法兰内侧沿径向以速度v作直线外拉运动，同时作从动转动，实现外法兰平面的外拉碾平，完成外法兰的精确成形；
步骤4、采用外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术，加工内法兰端外圆角成形：将管坯从外法兰成形模具套内取出，并将外法兰成形模具套更换为复合芯模，安装好轴向限位器后，管坯调头并套装在复合芯模上，驱动轴向限位器前进并限位，驱动主轴以转速S转动，并带动复合芯模及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现对管坯的外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合成形，完成内法兰外圆角成形；
步骤5、采用平面旋轧渐进成形技术，进行内法兰的整体预成形：驱动主轴以转速S转动，并带动复合芯模及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现内法兰平面的旋轧渐进成形，完成内法兰整体预成形；
步骤6、采用平面内拉碾平技术，完成内法兰的精确成形：驱动主轴以转速S转动，并带动复合芯模及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯内法兰外侧沿径向以速度v作直线内拉运动，同时作从动转动，实现内法兰平面的内拉碾平，完成内法兰的精确成形；
步骤7、采用强力旋压技术完成直段的成形：轴向限位器退离，驱动主轴以转速S转动，并带动复合芯模及管坯同步转动，然后控制旋轮由管坯外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现强力旋压成形，完成直段的制造，即获得两端带直法兰的长管件。
本发明的关键技术主要有：
1)内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合技术；
2)外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术；
3)平面旋轧渐进成形技术；
4)平面外拉/内拉碾平技术；
5)利用复合芯模及轴向限位器实现强力旋压。
本发明通过关键技术(1)～(4)实现了两端分别外法兰和内法兰的直法兰精确成形，并通过关键技术(5)实现了长管件直段的精确成形，因而，有效节约了原材料的厚度及长度，与传统整体机加及焊接等工艺相比，大大提升了材料利用率。
本发明整个制造过程操作简单，通过设备数字化制造，无需加热、辅助机加等工作，尤其是关键技术(5)中提出并使用了复合芯模及轴向限位器，使得整个制造过程中仅更换一次外法兰成形模具套/复合芯模即可完成整个零件加工，生产工序大为简化，程序简洁，加工节拍快，生产效率高。
本发明两端直法兰长管件制造工艺中使用的上述5个关键技术均属塑性加工技术，获得的零件材料纤维连续，因而，抗疲劳冲击性能优异。此外，整个制造过程数字化程度高，产品精度高，一致性好，优质高效。
进一步，所述步骤1～7中的旋轮为2个，对称分布，圆角约为R30～50mm，直径约为φ80～320mm。
进一步，所述步骤1～7中主轴转速S约为80～150r/min，旋轮进给速度v约为60～300mm/min。
本发明的有益效果是：
1)材料利用率高：本发明通过内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合技术、外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术、平面旋轧渐进成形技术、平面外拉/内拉碾平技术等关键技术，实现了两端外法兰和内法兰的直法兰精确成形，并通过强力旋压过程中提出及使用复合芯模5及轴向限位器6实现长管件直段的精确成形，因而，有效节约了原材料的厚度及长度，与传统整体机加及焊接等工艺相比，大大提升了材料利用率。
2)生产效率高：本发明整个制造过程操作简单，通过设备数字化制造，无需加热、辅助机加等工作，尤其是强力旋压过程中提出及使用复合芯模5及轴向限位器6，使得整个制造过程中仅更换一次外法兰成形模具套/复合芯模即可完成整个零件加工，生产工序大为简化，程序简洁，加工节拍快，生产效率高。
3)产品质量好：本发明所涉及关键技术均属塑性加工技术，获得的零件材料纤维连续，因而，抗疲劳冲击性能优异。此外，整个制造过程数字化程度高，产品精度高、一致性好，优质高效。
附图说明
图1为两端直法兰长管件制造流程图；
图2为实例中制得的两端直法兰长管件的示意图；
图中，1.主轴 2.外法兰成型模具套 3.管件 4.旋轮 5.复合芯模 6.轴向限位器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例以Q235钢作为典型材料详细阐述本发明两端直法兰长管件制造方法，具体过程如下如图1所示：
步骤1、将外径φ320mm、壁厚20mm、长度500mm的Q235管坯3套装于与设备主轴1连接的内径为φ321mm的外法兰成形模具套2内，并确认管坯伸出长度50mm，驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动外法兰成形模具套2及管坯3同步转动，然后控制外径φ100mm、圆角R40mm对称布置的两个旋轮4由管坯3内侧沿轴向以v＝80mm/min速度作直线进给运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现对管坯3的内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合成形，完成外法兰内圆角成形；
步骤2、驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动外法兰成形模具套2及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由管坯3内侧沿轴向以v＝80mm/min速度作直线进给运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现外法兰平面的旋轧渐进成形，完成外法兰整体预成形；
步骤3、驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动外法兰成形模具套2及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由外法兰内侧沿径向以v＝80mm/min速度作直线外拉运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现外法兰平面的外拉碾平，完成外法兰的精确成形；
步骤4、将管坯3从外法兰成形模具套2内取出，并将外法兰成形模具套2更换为外径φ279mm的复合芯模5，安装好轴向限位器6后，管坯3调头并套装在复合芯模5上，驱动轴向限位器6前进，当管坯3伸出长度为50mm时限位，驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动复合芯模5及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由管坯3外侧沿轴向以v＝80mm/min速度作直线进给运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现对管坯3的外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合成形，完成内法兰外圆角成形；
步骤5、驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动复合芯模5及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由管坯3外侧沿轴向以v＝80mm/min速度作直线进给运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现内法兰平面的旋轧渐进成形，完成内法兰整体预成形；
步骤6、驱动主轴1以转速S＝100r/min转动，并带动复合芯模5及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由管坯3内法兰外侧沿径向以v＝80mm/min速度作直线内拉运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现内法兰平面的内拉碾平，完成内法兰的精确成形；
步骤7、轴向限位器6退离，驱动主轴1以转速S＝120r/min转动，并带动复合芯模5及管坯3同步转动，然后控制旋轮4由管坯3外侧沿轴向以v＝160mm/min速度作直线进给运动，同时以转速n≈320r/min作从动转动，实现强力旋压成形，完成直段的制造。图2为本实例中制得的两端直法兰长管件的示意图，其中，外法兰外径Dw＝φ400mm，外法兰内径dw＝φ280mm，外法兰壁厚tw＝10mm，内法兰外径Dn＝φ304mm，内法兰内径dn＝φ240mm，内法兰壁厚tn＝10mm，管件总长度L＝825mm。
总结：1)本发明通过内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合技术、外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术、平面旋轧渐进成形技术、平面外拉/内拉碾平技术等关键技术，实现了两端外法兰和内法兰的直法兰精确成形，并通过强力旋压过程中提出及使用复合芯模5及轴向限位器6实现长管件直段的精确成形，因而，有效节约了原材料的厚度及长度，材料利用率高。2)本发明整个制造过程操作简单，通过设备数字化制造，无需加热、辅助机加等工作，尤其是强力旋压过程中提出及使用复合芯模5及轴向限位器6，使得整个制造过程中仅更换一次外法兰成形模具套/复合芯模即可完成整个零件加工，生产工序大为简化，程序简洁，加工节拍快，生产效率高。3)本发明所涉及关键技术均属塑性加工技术，获得的零件材料纤维连续，因而，抗疲劳冲击性能优异。此外，整个制造过程数字化程度高，产品精度高、一致性好，优质高效。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种两端直法兰长管件制造方法，其特征在于，所述的制造方法包括以下步骤：
步骤1、采用内旋压“反向扩径+局部镦挤”复合成形技术，加工外法兰端内圆角：将管坯（ 3） 套装于与设备主轴（ 1） 连接的外法兰成形模具套（ 2） 内，并伸出一定的长度，驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动外法兰成形模具套（ 2） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 内侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，从而完成外法兰内圆角成形；
步骤2、采用平面旋轧渐进成形技术，进行外法兰的整体预成形：驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动外法兰成形模具套（ 2） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 内侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现外法兰平面的旋轧渐进成形，完成外法兰整体预成形；
步骤3、采用平面外拉碾平技术，完成外法兰的精确成形：驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动外法兰成形模具套（ 2） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 外法兰内侧沿径向以速度v作直线外拉运动，同时作从动转动，实现外法兰平面的外拉碾平，完成外法兰的精确成形；
步骤4、采用外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合技术，加工内法兰端外圆角：将管坯（ 3）从外法兰成形模具套（ 2） 内取出，并将外法兰成形模具套（ 2） 更换为复合芯模（ 5） ，安装好轴向限位器（ 6） 后，管坯（ 3） 调头并套装在复合芯模（ 5） 上，驱动轴向限位器（ 6）前进并限位，驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动复合芯模（ 5） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现对管坯（ 3） 的外旋压“反向缩径+局部镦挤”复合成形，完成内法兰外圆角成形；
步骤5、采用平面旋轧渐进成形技术，进行内法兰的整体预成形：驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动复合芯模（ 5） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时作从动转动，实现内法兰平面的旋轧渐进成形，完成内法兰整体预成形；
步骤6、采用平面内拉碾平技术，完成内法兰的精确成形：驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动复合芯模（ 5） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3） 内法兰外侧沿径向以速度v作直线内拉运动，同时作从动转动，实现内法兰平面的内拉碾平，完成内法兰的精确成形；
步骤7、采用强力旋压技术，完成直段的成形：轴向限位器（ 6） 退离，驱动主轴（ 1） 以转速S转动，并带动复合芯模（ 5） 及管坯（ 3） 同步转动，然后控制旋轮（ 4） 由管坯（ 3）外侧沿轴向以速度v作直线进给运动，同时-作从动转动，实现强力旋压成形，完成直段的制造，即获得两端带直法兰的长管件。
2.根据权利要求1所述的两端直法兰长管件制造方法，其特征在于，所述步骤1～7中的旋轮(4)为2个，对称分布，圆角为R30～50mm，直径为φ80～320mm。
3.根据权利要求1或2所述的两端直法兰长管件制造方法，其特征在于，所述步骤1～7中主轴转速S为80～150r/min，旋轮4进给速度v为60～300mm/min。
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